Швець С.В. Основи системного підходу

Подождите немного. Документ загружается.

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

С.В.ШВЕЦЬ

НАВЧАЛЬНИЙ ПОСІБНИК

ОСНОВИ СИСТЕМНОГО ПІДХОДУ

для студентів вищих навчальних закладів зі спеціальності

„Якість, стандартизація та сертифікація”

СУМЫ ИЗД-ВО СУМГУ 2004

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ПЕРЕДМОВА

У сучасному суспільстві системні уявлення вже досягли та-

кого рівня, що думка про корисність і важливість системного під-

ходу при вирішенні практичних проблем стала звичною. Не тіль-

ки вчені, а і керівники виробництв, діячі культури відчули потре-

бу у системності власної діяльності і свідомо намагаються здійс-

нювати свою роботу системно. Поширилося розуміння того, що

наші успіхи пов'язані з тим, наскільки системно ми підходимо до

вирішення проблем, а наші невдачі викликані відхиленням від сис-

темності. Будь-яка діяльність більш або менш системна. Поява про-

блеми - ознака недостатньої системності. Вирішення проблеми - ре-

зультат підвищення системності. Необхідність підвищення систем-

ності виникає у різноманітних галузях діяльності людини: у мате-

матиків, інженерів, юристів, кібернетиків, істориків та ін. Вирішен-

ня виниклої проблеми здійснюється шляхом переходу на новий,

більш високий рівень системності у нашій діяльності.

Не слід вважати, що системність з’явилася і стала актуаль-

ною тільки останнім часом. Мислення завжди системне і іншим

бути не може. Проте у середині 60-х років стало очевидним, що усі

теоретичні і прикладні дисципліни утворюють немов би єдиний потік -

системний рух. Садовський В.М. та Юдін Е.Г. [18] відзначають, що

системний рух проявляється, коли у публікаціях з певної тематики

починають вживатися терміни „система”, „структура”, „зв’язок”, „ке-

рування”. Системність стала не тільки теоретичною категорією, але і

усвідомленим аспектом практичної діяльності. Оскільки великі і скла-

дні системи стали предметом вивчення, управління і проектування,

стало необхідним узагальнення засобів дослідження систем і впливу

на них.

Виникла прикладна наука, яка об’єднала абстрактні теорії і жи-

ву практику. Вона отримала назву „теорія систем”. Хоча теорія сис-

тем ще і сьогодні перебуває на стадії розвитку, її вже можна розгля-

дати як самостійну дисципліну, яка має свій об'єкт діяльності, на-

копичила достатньо потужний арсенал засобів і володіє значним

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

практичним досвідом. Вона оперує фундаментальними поняттями

(система, модель, інформація та ін.), конкретними поняттями (сиг-

нали, вимірювальні шкали, великі і складні системи) і поняттями,

специфічними тільки для системного аналізу (декомпозиція, агре-

гатування, конфігуратор, проблематика, зацікавлені сторони). Су-

часна теорія систем є емпіричним зібранням філософських на-

станов, корисних порад і рецептів, озброєних арсеналом допомі-

жних математичних методів і знань із різних предметних наук.

Отже, уявляючи проблему як породження якоїсь системи, мо-

жна спробувати вирішити її засобами, які зібрані у теорії систем.

При цьому проявляється системний підхід, тобто вирішення про-

блеми з застосуванням методології теорії систем. Системний підхід

з'ясовує причини виниклих складнощів та пропонує варіанти їх

усунення, тобто передбачає безпосереднє втручання у проблемну

ситуацію.

Проте є багато прикладів, коли усунути проблему неможливо че-

рез недостатню кількість інформації про саму систему. Маючи на

меті ліквідацію проблеми або, як мінімум, з'ясування її причин, сис-

темний аналітик використовує широкий спектр методів, можливості

різноманітних наук і практичних сфер діяльності. Системний аналіз

- це процес різнобічного вивчення об’єктів за методологією теорії

систем. Під скороченим визначенням об’єкт розуміють об’єктивно

існуюче оточення, процес або явище, що створюють проблемну

ситуацію. Досить часто буває так, що вивчити весь об’єкт немо-

жливо або заздалегідь відомо, що достатньо зрозуміти будову

якоїсь його складової для повного уявлення про нього у цілому.

Тоді необхідно визначити цей конкретний предмет вивчення.

Предмет - та частина об’єкта, яка підлягає дослідженню.

Системний аналіз надає великого значення методологічним ас-

пектам будь-якого системного дослідження. Прикладне спряму-

вання системного аналізу приводить до використання усіх сучасних

засобів наукових досліджень - математики, обчислювальної техніки,

моделювання, спостережень і експериментів.

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

РОЗДІЛ 1: ОЗНАКИ СИСТЕМНИХ УЯВЛЕНЬ

1.1 Системність практичної діяльності

Будь-яка свідома діяльність переслідує певну мету. У ній мож-

на розрізнити складові або більш дрібні дії. Ці складові викону-

ються не у довільному порядку, а в певній послідовності. Це і є (під-

леглий меті взаємозв’язок складових діяльності) ознака системнос-

ті.

Інша назва такої побудови діяльності - алгоритмічність. Цей

термін спочатку застосовувався у математиці і відображав деяку

послідовність однозначних операцій над числами або іншими мате-

матичними об'єктами. Останніми роками він зустрічається у будь-

якій діяльності. Є алгоритми прийняття управлінських рішень, ал-

горитми навчання, алгоритми гри в шахи, алгоритми винахідництва

[2]. Отже, всяка діяльність алгоритмічна. Але не завжди алгоритм

реальної діяльності усвідомлюється. Композитор пише музику, водій

миттєво реагує на зміни дорожніх обставин "не думаючи". Якщо не

задовольняють результати діяльності, то можливу причину невдачі

слід шукати в недосконалості алгоритму. Необхідно виявити алго-

ритм, дослідити його, знайти і усунути слабкі місця. Удосконалю-

ючи алгоритм, підвищують системність діяльності.

Таким чином, явна алгоритмізація будь-якої практичної діяль-

ності є важливим засобом покращання кінцевих результатів. Це мож-

на спостерігати на прикладі вирішення проблеми підвищення проду-

ктивності праці.

Найпростіший і історично перший засіб підвищення ефектив-

ності праці - механізація. Людина озброюється механізмами (від

важеля і похилої площини до складних машин із вбудованими в них

двигунами) і з їх допомогою здатна виконувати важку фізичну ро-

боту. Однак у механізації є природна межа. Роботою механізмів

керує людина, а її можливості обмежені фізіологічно. Не можна ро-

бити лопату занадто широкою, машина не повинна мати занадто

багато індикаторів і важелів управління. Швидкість реакції людини

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

обмежена, тому механізація дуже швидких процесів безглузда. От-

же, можливості людини обмежують механізацію.

Вирішення проблеми полягає у тому, щоб взагалі виключити

людину з конкретного виробничого процесу і покласти на плечі ма-

шини не тільки виконання самої роботи, але й операції з регулю-

вання процесу роботи. Технічні прилади, що об'єднали ці дві функції,

називаються автоматами. А наступний рівень підвищення продуктив-

ності праці отримав назву автоматизації. У побут увійшли торгові

автомати, автоматичний телефонний зв'язок, у промисловості існу-

ють автоматичні лінії, цехи і заводи, розвивається автоматизація з

допомогою ЕОМ. Проте повністю перекласти на машину можна

тільки ті роботи, які детально вивчені, про які точно відомо, що, у

якому порядку і як треба робити у кожному випадку. Тільки за

таких умов можна сконструювати відповідний автомат, тому що

автомат реалізує деякий алгоритм. І якщо алгоритм в якійсь своїй

частині неправильний або неточний чи виникла ситуація, не перед-

бачена алгоритмом, то автомат стає непридатним. Це природна ме-

жа автоматизації.

Проблеми, пов’язані з відсутністю алгоритму, виникають у процесі

керівництва людськими колективами, при управлінні виробничими сис-

темами, при втручанні у життєдіяльність людського організму, при

впливові людини на природу. Для підвищення ефективності такої взає-

модії людство виробляє засоби вирішення подібних проблем, які являють

собою третій рівень системності практичної діяльності людини. Цей рі-

вень називається кібернетизацією, тому що кібернетика - наука про

управління складними системами. Співвідношення між трьома розгля-

нутими рівнями організації праці показано на рис. 1.1. Кібернетизація

базується на інтелекті - здатності орієнтуватися в незнайомих умовах і

знаходити рішення слабкоформалізованих задач. Інтелект притаман-

ний живим істотам, проте працюють і над створенням штучного інте-

лекту. В умовах кібернетизації людина виконує саме ті операції у за-

гальному алгоритмі, які не піддаються формалізації (наприклад, екс-

пертна оцінка або порівняння варіантів, прийняття управлінських рі-

шень, взяття на себе відповідальності). При цьому формалізовані опе-

рації виконують автомати і ЕОМ. Отже, кібернетизація полягає у розу-

мному використанні природного людського інтелекту.

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Природна системність

людської діяльності є од-

ним із об'єктивних чинни-

ків виникнення і розвитку

системних понять і теорій.

Роль знання і дотримання

принципів системності на

практиці зростає. Алгори-

тмізація будь-якого виду

діяльності - важливий за-

сіб підвищення її систем-

ності.

Ймовірність успішності

будь-якої діяльності тим

більша, чим вищий рівень її системності. Невдачі викликані недо-

статньою системністю.

Рисунок1.1 - Співвідношення

засобів підвищення

прод

ктивності праці

Механізація

Автоматизація

Кібе

нетиза-

1.2 Системність пізнавальних процесів

Протиріччя між нескінченністю природи і обмеженістю ресурсів

людства впливає на сам процес пізнання людиною навколишнього

світу. Одна з таких особливостей пізнання, що дозволяють поступово,

поетапно долати це протиріччя, - наявність аналітичного і синтезую-

чого способів мислення. Суть аналізу полягає у розподілі цілого на

частини, у поданні складного у вигляді сукупності більш простих

компонент. Але щоб пізнати ціле, складне, необхідний і зворотний

процес - синтез.

Це стосується не тільки індивідуального мислення, але і загаль-

нолюдського знання. У стародавні часи переважали неподільні

знання, природа розглядалась як одне ціле. Аналіз знань привів до

утворення різноманітних наук, і диференціація наук ще триває для по-

глибленого вивчення більш вузьких питань. Синтез здобутих

знань відбувається під орудою філософії, математики, теорії сис-

тем, які необхідним чином поєднують технічні, природні і гумані-

тарні знання.

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Нарощування системності знань відбувається в усіх галузях

людської діяльності (рис.1.2)

Практична діяльність

(цілеспрямованість,

алгоритмічність, упо-

рядкованість результа-

тів)

Пізнавальна діяльність

(аналіз та синтез, практична

діалектика, упорядкованість

висновків, теорія)

Системність середовища

(організація людського

суспільства, побуту,

освіти, виробництва)

Розвиток системних уявлень

(стихійний та свідомий)

Системність

Рисунок 1.2 - Системність діяльності людини

Отже, системність процесу пізнання передусім виявляється в

його логічній послідовності, а саме - в існуванні етапів аналізу і

синтезу. Що стосується самого світу, то він, можливо, байдужий

до того, хто і як його пізнає (і чи пізнає взагалі) і не має нічого спі-

льного з нашими уявленнями.

Філософи по-різному відповідають на це питання. Наприклад,

Ф. Бекон вважав, що розумові побудови повністю довільні і ніщо не

відповідає їм у природі. Б. Спіноза твердив, що порядок і зв'язок

ідей такі ж, як і порядок і зв'язок речей. І. Кант прийшов до висно-

вку, що системність є властивістю природи. Ф. Енгельс відзначав,

що якщо продукти людського мозку є продуктами природи, то вони

такі ж, як і природа. П. Берже та інші [4] твердять, що в оточенні

безмежного хаосу можна віднайти будь-які системні конструкції.

Але як би там не було, людина безперечно володіє таким мето-

дом, як системність. Це свого роду пристосування, створене для по-

долання нескінченності навколишнього світу, полегшення, спро-

щення своєї діяльності. Процес пізнання невіддільний від практи-

ки, відповідність між реальністю і нашими уявленнями про неї

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

встановлюється не сама по собі, а у процесі взаємодії із середови-

щем. Теорія - це узагальнення практичного досвіду.

1.3 Із історії формування теорії систем

Можливо одним із перших, хто запропонував науковий підхід

до управління складними системами, був М.А.Ампер [17]. При класи-

фікації наук ("Досвід з філософії наук, або аналітичне викладення

класифікації усіх людських знань", ч. 1,2, 1834 – 43 рр.) він виділив

спеціальну науку про управління державою і назвав її кібернетикою.

Приблизно у той же час поляк Б.Трентовський читав у Фрейбурзь-

кому університеті курс лекцій, зміст яких опублікував у книзі "Від-

ношення філософії до кібернетики як до мистецтва управління на-

родом". На той час суспільство виявилося не готовим сприйняти

ідеї кібернетики, практика управління ще могла обходитися без

теорії управління. Більш ніж через півстоліття з’явилися праці

А.А.Богданова "Загальна організаційна наука (тектологія)", 1-3-й

томи, 1911-1925 рр. Масове засвоєння системних понять почалося

з 1948 р., коли американський математик Н.Вінер опублікував

книгу під назвою "Кібернетика". Він аналізує з позицій кіберне-

тики зв'язки між тваринами і в машинах, а також процеси, що від-

буваються у суспільстві. Все це сприяло розвитку методології мо-

делювання, ідеї математичного експерименту, комп’ютеризації.

У 1934 році з’явилися праці австрійського біолога Л.Берта-

ланфі, який почав формувати теорію систем. Він знаходив

структурну схожість законів, встановлених у різних науках і, уза-

гальнюючи їх, одержував загальносистемні закономірності. Найбіль-

ша цінність загальної теорії систем полягає у створенні методики

визначення мети і задач системних досліджень, у розвитку методо-

логії аналізу систем, встановлення загальнонаукових закономірнос-

тей. Значний внесок у розвиток теорії систем зробили М.Д.Месарович,

Р.Л.Акофф, О.Ланге [1,10,11], а також В.Н.Садовський,

Е.Г.Юдін, Д.М.Гвішіані [6,18], Ф.І.Перегудов, Ф.П.Тарасенко

[17].

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Контрольні запитання

1 Що таке алгоритмічність діяльності?

2 Яка природна межа механізації праці?

3 Що таке автоматизація і що її обмежує?

4 Що таке кібернетика?

5 Що таке інтелект?

6 У чому полягає суть аналізу?

7 Як відбувається синтез загальнолюдських знань?

8 Що таке теорія?

Теми рефератів

1 Проблеми людини при підвищенні продуктивності праці [9], [17].

2 Сутність пізнавального процесу [4], [10], [13].

3 Історія формування і розвитку теорії систем [1], [5], [17].

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

РОЗДІЛ 2: МОДЕЛІ І МОДЕЛЮВАННЯ

2.1 Поняття моделі

Спочатку поняття "модель" застосовувалося тільки до мате-

ріальних об'єктів спеціального типу, наприклад, манекен (модель

людської фігури), гідродинамічна зменшена модель греблі, моде-

лі кораблів і літаків та ін. Тобто це такий допоміжний засіб або

об'єкт, що в певній ситуації замінював інший об'єкт.

Але у результаті розвитку філософських та математичних ро-

біт стало зрозумілим, що є можливість будь-які наші знання по-

дати у вигляді моделей. При цьому модель визначається як ре-

зультат відображення однієї абстрактної структури на іншу, та-

кож абстрактну, або як результат інтерпретації однієї моделі в

термінах і образах другої. Отже, модель може бути абстракт-

ною.

Моделі можуть утворювати ієрархію, в якій модель більш ви-

сокого рівня (наприклад, теорія) містить моделі нижніх рівнів

(скажімо, гіпотези) як свої частини елементи.

Будь-який об'єкт може бути використаний як модель. Це не

означає, що він не може бути і чимось іншим. Наприклад, чере-

вик є моделлю його володаря (за запахом черевика собака від-

шукає людину, за станом черевика можна визначити деякі риси

характеру його господаря). Тобто черевик може бути представле-

ний як модель господаря, а одночасно це є взуття.

2.2 Цільове спрямування моделювання

Модель є не просто образом, що замінює оригінал, не відо-

браженням взагалі, а відображенням цільовим [14]. Наприклад,

різні члени туристської групи складають різні моделі однієї і тієї

ж колоди. Якщо комусь доручено обладнати табір, то він розмір-

ковує, як використати цю колоду замість стола або як сидіння.

Інший відповідає за багаття, а для дров від колоди вимагаються